Електродинамічний аналіз узагальненої щілинної лінії передачі

застосування розробленого алгоритму при дослідженні спектру власних хвиль конкретних хвилевидних структур, таких як відкрита двощілинна лінія передачі та її модифікації (рис. 1 а-в, д).

Методи досліджень: аналітичні, чисельні при моделюванні на ЕОМ. Для розв’язування електродинамічних задач використовувався метод ДО.

Наукова новизна дисертаційної роботи визначається класом поставлених задач, методами знаходження їх розв’язку і результатами, що одержані вперше:

1.Вперше в строгій постановці розв’язана задача про власні хвилі узагальненої відкритої щілинної лінії, яка має довільний многокутний контур поперечного перерізу.

2.На основі отриманого розв’язку створено обчислювальний алгоритм для дослідження модового складу та фізичних характеристик власних хвиль. Розроблений алгоритм дозволяє досліджувати широкий клас хвилеводних структур, які мають многокутний контур поперечного перерізу;

3.Досліджені розподіли полів та дисперсійні характеристики основної і перших двох вищих типів відкритої двощілинної лінії. Визначені границі її одномодового режиму;

4.Запропонована методика класифікації хвиль у двощілинних лініях з однорідним діелектричним заповненням, що враховує симетрію електромагнітного поля;

5.Вперше досліджено вплив на розподіл електромагнітних полів власних хвиль відкритої двощілинної лінії передачі, величини зламу бокових провідних стінок. Встановлено, що наявність вказаного зламу дозволяє частково відфільтрувати вищі типи хвиль даної структури.

Практична цінність роботи. Розроблені пакети прикладних програм розрахунку сталих розповсюдження та розподілу електромагнітних полів власних хвиль відкритих щілинних ліній передачі з поперечним перерізом складної форми, які можуть бути використані в системах автоматизованого проектування пристроїв міліметрового та субміліметрового діапазонів. Теоретичні результати та розроблені обчислювальні алгоритми знайшли застосування в НДР, що виконується в Запорізькому державному технічному університеті.

Особистий внесок здобувача. Основні результати та висновки отримано особисто автором. Постановка задачі, визначення напрямків досліджень та обговорення результатів виконані разом з науковим керівником доктором ф. -м. наук, професором Чумаченком В. П. Співавтор публікацій кандидат ф. -м. наук, доцент Засовенко В. Г., приймав участь в розробці обчислювальних алгоритмів та обговоренні даних.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались та обговорювались на: 5-й Кримській конференції “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии” (Севастополь, 1995) ; 6-й міжнародній конференції “MMET’96” (Львів, 1996) ; 2-му міжнародному симпозіумі “Antennas & Propagation” (Чіба, Японія, 1996) ; 7-й міжнародній конференції “MMET’98” (Харків, 1998).

Публікації. За матеріалами роботи опубліковано 7 друкованих праць, список яких наведено в кінці автореферату.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний об’єм дисертації складає 148 сторінок, з яких основний текст викладено на 106 сторінках, 52 малюнки займають 27 сторінок, сторінка відповідає таблиці, список використаних джерел містить 119 найменувань на 12 сторінках.

 

 

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульована мета роботи, зображено сучасний стан проблеми, вказані положення, що виносяться на захист, показана наукова новизна та практична цінність роботи, реферативно викладено зміст дисертаційної роботи.

У першому розділі наведено аналітичний огляд вітчизняної та зарубіжної літератури, яка присвячена дослідженню щілинних і смужкових хвилеводних структур. Відмічено, що частіше всього теоретичний аналіз параметрів таких ліній передачі проводився методами інтегральних рівнянь, методом скінченних елементів, методом часткових областей, методом напівобертання, гібридним методом моментів та ітерацій. Вибір методу залежав як від співвідношення характерних розмірів досліджуваної структури, так і від її геометрії. Аналіз робіт показав, що на цей час відсутня методика, що дозволяє в рамках однієї математичної моделі проводити розрахунки щілинних ліній за умовою значних змін геометрії їх поперечного перерізу.

Методи, що використовуються, не мають достатньої універсальності і часто не забезпечують необхідну точність при проведенні розрахунків щілинних ліній, що застосовуються на практиці. Моделі, які будуються на основі цих методів, мають обмежені області застосування в САПР пристроїв міліметрового та субміліметрового діапазонів.

В цілому проведений аналіз опублікованих даних підтвердив актуальність роботи, яка була б спрямована на розвиток ефективного і гнучкого методу аналізу ліній передачі з поперечним перерізом складної форми та його практичне застосування.

Другий розділ присвячено розвитку методу ДО стосовно розв’язку задач про власні хвилі металодіелектричних структур з многокутними границями (рис. 2). Поперечний переріз складається із скінченної кількості прямолінійних відрізків. Один з відрізків відповідає границі поділу середовищь, а решта є перерізами або ідеально провідних поверхонь, або “магнітних” стінок. Внутрішня область 1 і напівпростір (область 2) заповнені однорідними, ізотропними та безінерційними середовищами. Для розв’язку поставленої задачі були введені основна прямокутна система кординат та системи координат, які відповідають кожному відрізку поперечного контуру. Напрямки осей показані на рис. 2.

Спектральна задача зводиться до знаходження поздовжніх компонентів електричного і магнітного полів. Ці компоненти пропорційні деяким невідомим функціям: EzU (x, y) і HzV (x, y), котрі задовільняють рівнянням Гельмгольца

 

  (1)

 

де індекс   вказує номер області, а   – поперечне хвильове число; однорідним граничним умовам Дирихле та Неймана на відповідних граничних поверхнях; змішаним граничним умовам на щілині відносно нормальної та тангенціальної похідних від функцій U і V; умовам неперервності на щілині, а також умовам випромінювання і умовам інтегрованості щільності енергії поля у будь-якій скінченній області G.

Кожну граничну поверхню можна розглядати як циліндричний об єкт, один